Квантовая-полевая картина мира

Квантовая- полевая картина мира(КПКМ)

В основе КПКМ лежит новая физич. теория-квантовая механика, к-я описывает состояние и движение микро объектов.

Это фундаментальная  физ-я теория.

В основе квантовой механики лежат  два фундаментальные идеи:

-о квантовании  физ-х величин

-корпускулярно-волновой  дуализм( единство корпускулярного континуального подхода описанию мира).

Квантование физ-х величин.

Физические величины, к-е  могут принимать определенные дискретные значения называется квантовые

1897- открытие  частицы электрон. Его заряд оказался  наименьшим, элементарным. Заряд любого  тела равно целому числу элементарных  зарядов. Т.О. заряд дискретен,  а равенство q=+- ne предсталяет собой формулу квантового электрического заряда.

n-наибольшее чисто.

Во  второй половине 14 века- исследовалось тепловой излучение. Открыли ряд законов.

   Однако  из теории основанной  на традиционном представлении   об электомагнитном излучении, как электномагнитной волне, следуют, что энергия теплового излучения на всех частотах( во всем диапазоне) равнялась бы бесконечности, что противоречит Закону сохранения энергии.

      Особенно ярко это противоречие проявилось в области высоких частот и получило название «Ультрафиолетовой катастрофой» .

14.12.1990- на заседании нем. физ-го общества Макс Планк(1858-1947гг.) для вухода из создавшейся ситуации предложил(Квантовая гипотеза Планка) Электромагнитное излучение испускается отдельными порциями- КВАНТАМИ, величина которых пропорционально чистоте излучения.

        Энегрия КВАНТА- Е(эксил)_____Е=hv______h-постоянная планка, V-частота

h-6,26*10минус 34 степени Дж.с.. Она явл. неизмен. Физ-ой величиной=КВАНТ ДЕЙСТВИЯ.

     

     Если в классической физике  считалось, что энергия может  изменятся непрерывно и принимать любые сколько угодные близкие значения, то в квантовой физике энергия может принимать лишь дискретные значения равные целому числу квантов энергии. W=n*hv

 

     В конце 19 века в результате  экспериментов были установлены  законы фото-эффектов( выбывание электронов из в-ва с помощью энергии)

1)независимость  энергии выбиваемых электронов, от интенсивности света, а только  от  чистоты световой волны.

2) наличие для каждого в-ва( красный) границы фотоэффекта минимальной частоты при к-х фотоэффект еще возможен.

     1905-Энштейн принял гипотезу Планка  и предположил, что свет не  только излучается квантами, но  и распространяется тоже квантами.

 

     Идеи корпускулярно-волнового дуализма, света и в-ва.

В начале 20 века на основе экспериментов  было показано, что свет обладает как  волновыми , так и и корпускулярными свойствами. При этом существуют вполне определенные закономерности, чем выше частота. Тем сильнее проявляется корпускулярное свойство света.

1924- фран. физик Лун де Бройль выдвинул гиоптезу, что все частицы вещества имеющий массу m  и импульс Р обладают волновыми свойствами Л=h/m*v

    При проявлении в микро объестов корпус. Свойств, его волновые свойства существуют как потенциальная возможность способная при определенных условиях перейти в действительность.

 

Принцип дополнительности

1927- сформулировал датский физик Нилинс Бор.

   Для полного описания квант-мех-х  явлений необх. применять два взаимоисключающих( дополнительных) набора классических понятий, совокупногсть которых дает наиболее полную информацию об этих явлениях как о целостных. Принцип дополнительности, как общий принцип познательности.

    Всякое истинное явление природы  не может быть определено ОДНОЗНАЧНО с помощью слов нашего языка, и требует для своего определения покрайне мере двух взаимоисключающих дополнительных понятий.

 

      Принцип неопределенности Гейзен берга.

В классической механики всякая частица  движется по определенной враектории и всегда имеет определенные(точные) значения координаты пульса и энергии.

      Микрочастицы обладая волновым свойствой не имеет траектории.

  Миру этой неопределенности нашел  1927 немецкий физик Вернер фон  Гейзенберг

А ТУТ ДУРАЦКИЕ НЕПОНЯТНЫЕ ФОРМУЛЫ,ОНИ НА ЛИСТОЧКЕ.

 

d-погрешность при определении координат

p-импульс

W-энергия

t-время

h=6,62*10 минус34 степени Дж.с

   Принципиально нельзя определить одновременно координату и импульс, точнее чем это допускает соотношение не определенности.

Из  этого неравенства видно, что с увеличением т. Ограничения накладыванием на соотношение неопределенности уменьшается.

Принцип соответствия

Для макроскопических тел соотношение  неопределенности не будет вностить ни каких ограничений возможность применить для них понятие скорости одновременно.

    Классическая механика явл. Предельным случаем и квантовой механики и рейтивистской механики(СТО).

     Принцип соответствия, теории справедливость к-х была экспериментально установлена для определенных групп явлений с появлением новой теории неотбрасывается, а сохраняет свое значение для прежней области явлений как предельная форма частный случай новых теорий.

      Если в классической физикевероятностным законом подчинялась поведение большого числа частиц, то в квантовой механике поведение КАЖДОЙ частице подчиняется не динамической, а статическими законами. Причинность в современном КПКМ имеет вероятностный характер.

 

Структурные уровни материи. Основы микро-мира.

   Характерной чертой материи явл. ее структура. Структура наиб. наглядным признаком материи является объект и его масса.

       3 уровня

-микро мир

-макро мир

-мега  мир.(таблица уровни, размеры и масса написаны в журнале)

      Понятие микромир охватывает  фундаментальные, элементарны частицы:  атомы и молекулы.

 

МАКРОМИР  представляет макромолекулы, веществами в разных агрегатных состояниях. Наиболее крупные объекты( планеты, звезды, галактики и их скопления) образуют мегамир(небесная механика)

 

ОСНОВА  МИКРОМИРА.

    В начале 20 века- атом являлся составной частью материи(элементарная частица).

В обычном употреблении Физики называют элементарными такие частицы, к-е  не явл. атомами и атомными ядрами за искл. ПРОТОНА и НЕЙТРОНА.

     Фундаментальные частицы- это микрочастицы, внутренняя структура к-х нельзя представить в виде объединения др. свободных частиц.

Среди наиб. важных характеристик элемен. Частиц виделяются: время жизни, массу, элементарный заряд и СПИН.(табл. Элементарные частицы смотри журнал)

По времени жизни частицы делятся  на:

 

Стабильные(5 частиц)                               не стабильные

-фотон                                                                         -существуют  10(минус 10)-10(минус 24)секунды=распадаются

-2 разновидности  нейтрина

-электрон

-протон

Именно эти  частицы играют важную роль в структуре  макротел.

Масса частиц.

Она зависит  от ее энергии и скорости.

По Энштейну E=mc(в квадрате)

Движущаяся  частица тяжелее покоящейся.

Когда говорят о массе  частицы имеют ввиду массу покоя.

Частица имеющая массу 0- протон, фотон, может двигаться со скоростью света. По сколько считается, что самая легкая из частиц с ненулевой массой покоя-это электрон, то массу частиц определяют по отношению к массе электрона. По массе все частицы делятся на легкие- ЛЕПТОНЫ и тяжелые- АДРОНЫ.

ЗАРЯДЫ.

Характеристика заряда частицы  определяется в долях заряда электрона.

СПИН

С известной долей упрощения  элементарные частицы можно представить  маленьким вращающимся волчком  с определенным моментом импульса. Согласно законам квантовой механики момент импульса может принимать не любые, а только дискретные значения, его скачки= постоянной Планка.

СПИН-это  момент вращения частицы измеренный в единицах постоянной Планка. СПИН может принимать целые и полуцелые значения. Частицы с полуцелым СПИНом называются-ФЕРМИОНЫ, с целыми-БОЗОНЫ.

   В  отличии от незначительного количества известных лептонов, адронов существует сотня. Это наводит на мысль, что адроны- частицы составные. Принято считать, что адроны состоят из КВАРКОВ.

Кварки могут  соединять др с другом одним из двух возможных способов, либо по 3, либо по 2 кварк-антикварк.

    Из  зх кварков состоят сравнительно тяжелые частицы с m более 1000е-БАРИОНЫ. Более легкие пары кварк- антикварк составляют –МЕЗОНЫ-1836.

 

    В  соответствии с различной интенсивностью  протекания взаимод. Элемент. Частиц делять на 4 КЛАССА:

• Сильное ядерное взаимодействие
• Электромагнитное взаимодействие
• Слабо-ядерное взаимодействие
• Гравитационное

Сильное ядерное взаимодействие. Вызывает процессы, протекающие с наибольшей интенсивностью, и приводит к самой сильной связи элемент.частиц. Именно онон обуславливает связь протонов и нейтронов в ядрах атома. Радиус действия 10(в -15)м, переносчик взаимодействия-ГЛЮОН.

Электромагнитное взаимодействие. Происходит с участием э-м поля. Э-м поле- ( в квантовой физике-ФОТОН) либо излучается, либо поглощается при взаимодействии, либо переносит взаимодействие между телами. Э-м взаимодействие обеспечивает связь ядер атомов и электронов в атомах и молекулах, и тем самым определяет возможность устойчивого состояния этих микро систем.R действия- бесконечный, переносчик-ФОТОН.

Слабо-ядерное взаимодействие. Вызывает очень медленно протекающие процессы с элементарными частицами в том числе и В-распад , переносчик-ВЕКТОРНЫЙ БОЗОН. R-10(в минус 18)

Гравитационное. Является самым слабым из всех. На характер расстояния дает очень слабые эффекты из-за крайне малой массы элементарных частиц.Rвзаимодействия- бесконечный, переносчик-ГРАВИТОН.

МЕГАМИР. КОСМОС

10(В 7)м-расстояние

10(в 10)-масса

Для измерений  расстояния в мегамире используются спец. Единицы: астрономическая единицы, световой год, Парсек.

Астрономическая единицы-это среднее расстояние от земли до солнца.1,5*10(в11)м.

Световой год-это расстояние, к-е свет проходит в течении одного года.9,46*10(в15)м

Парсек- параллакс секунда,3,26 свет. Года=3,08*10(в16)м .

Звезды-это небесные тела, к-е излучают свет сами, могут содержать около себя планеты или планетные системы, различаются по размерам, температуре и светимости.

Планеты- это обращающиеся вокруг звезд небесные тела, сами свет не излучают, светят отраженным светом.

Туманность- это облака пыли и газа, огромные по величине, но состоящие из очень разряженного вещества. Плотность газа в них в некс. млн. ниже чем плотность воздуха. Именно в туманности зарождается звезда.

      З типа туманности.

• Эмиссионная-излучает собственный свет нагретая ближе расположенный горячей звездой.
• Темная-заслоняет свет расположенных за ней звезд
• Яркая отражательная- светит отраженным светом расположенной неподалеку звезды.

Гарвардская классификация звезд.

Построена на убывание t поверхности звезды. Вкл в себя 7 спектральных классов: O-B-A-F-G-K-M(см. табл.журнал).

 

 Эволюция не массовых звезд

 

Массовые                         не массовые

1. Рождение звезды. Звезда рождается в одной из областей туманности, концентрируясь из межзвездного в-ва, запускаются реакции термоядерного синтеза Н   Не. Вещество уплотняется, масса растет, падает с большой скоростью( огромное).
2. Около 10 млрд. лет стационарного развития звезды идут реакции термоядерного синтеза
3. Превращение в красного гиганта. Н-заканчивается, начинает сгорать Не, светимость увеличивается в 100 раз, размеры увел. В 50 раз.
4. Сгорает Не. Размер звезды увелич. До 3х сот раз
5. Гравитационный коллапс. Превращение в белого карлика(сверх плотное свойство)
6. Преаращение в черного карлика. Не излучает свет